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任利华 等 著

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• 实训
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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111340676

商品编码：29612243727

包装：平装-胶订

出版时间：2012-07-01

基本信息

书名：信号与系统理论和实训

定价：16.00元

作者：任利华 等

出版社：机械工业出版社

出版日期：2012-07-01

ISBN：9787111340676

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.182kg

编辑推荐

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内容提要

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　　《教育部高等职业教育示范专业规划教材：信号与系统理论和实训》在认真总结“信号与系统”课程以往的理论教学与实训教学的基础上精心编写，以培养一线高级技术应用型专门人才为目标，更好地体现了高等职业技术教育教学的特点。本书结合高等职业技术教育教学改革的经验，通过实训练习，使高职高专学生更好地掌握所学内容，达到提高实践操作能力的目的。
　　《教育部高等职业教育示范专业规划教材：信号与系统理论和实训》全面介绍了信号与系统相关实训内容，共分为11章，包括实验设备及Matlab介绍、信号的基本知识、连续信号的时域分析、线性时不变系统、连续系统的时域分析、连续信号的频域分析、连续系统的频域分析、连续系统的复频域分析、离散系统的时域分析与z域分析、系统特性测量和反馈系统。
　　本书可用做电子信息类和通信类等专业的实训教材，特别适合作为高职高专的教材使用。各院校可根据专业特点、实训教学时数等具体情况对其内容进行适当调整和增减。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《信号与系统：理论与实训》是一本致力于深入剖析信号与系统基础理论，并结合实际操作训练，帮助读者掌握核心概念、分析方法和工程应用的专业书籍。本书旨在为电子工程、通信工程、自动控制、计算机科学等相关专业的学生及从业人员提供一套系统、全面的学习资源。 本书的核心价值在于其理论的严谨性和实训的实践性相结合。 我们深知，理解抽象的信号与系统理论，仅凭书本的文字描述是远远不够的。因此，本书在讲解经典理论概念的同时，也精心设计了大量的实训环节，通过编程实现、仿真分析、案例研究等方式，将理论知识转化为可操作的技能。这种“学以致用”的模式，能够有效加深读者对知识的理解，培养解决实际工程问题的能力。 第一部分：信号的分析与表示 本书的开篇，我们将从最基础的“信号”概念入手。信号是信息传递和处理的载体，理解信号的本质是学习后续内容的基础。我们会从以下几个方面展开： 信号的分类与基本特性： 讲解连续时间信号与离散时间信号、周期信号与非周期信号、能量信号与功率信号、奇函数与偶函数等信号的基本分类。并深入探讨信号的幅度、相位、频率、能量、功率等重要特性，为后续的信号分析打下基础。 基本信号单元： 详细介绍单位冲激信号（Delta函数）和单位阶跃信号（Heaviside函数）的定义、性质及其在信号分析中的重要作用。我们将通过图示和数学推导，帮助读者理解这两个看似简单的信号所蕴含的深刻意义，以及它们作为信号分析“基石”的地位。 信号的运算： 介绍信号的线性运算（加法、乘法）和非线性运算（翻转、时移、尺度变换、卷积）等基本运算。特别是对信号的卷积运算，我们将从几何意义、代数定义、以及它在系统分析中的核心地位进行详细阐述，力求让读者透彻理解卷积的内在机制。 傅里叶级数与傅里叶变换： 这是信号分析中最强大的工具之一。我们将从周期信号的傅里叶级数展开开始，讲解其收敛性、计算方法（指数形式、三角形式），以及其在频域表示周期信号的优势。随后，将傅里叶级数推广到非周期信号的傅里叶变换，深入探讨傅里叶变换的定义、性质（线性、时移、频移、对称性、积分等），以及它在信号频谱分析中的核心应用。我们会用丰富的例子来说明如何利用傅里叶变换分析各种信号的频域特性，例如方波、脉冲信号等。 拉普拉斯变换： 作为傅里叶变换的推广，拉普拉斯变换能够处理更广泛的信号，特别是那些在频域中不收敛的信号（例如指数增长信号）。本书将详细介绍单边拉普拉斯变换和双边拉普拉斯变换，重点讲解其收敛域（ROC）的概念及其重要性。我们还将深入研究拉普拉斯变换的性质，以及如何利用它求解微分方程和分析系统响应。 Z变换： 针对离散时间信号，Z变换是其在频域分析中的重要工具，类似于拉普拉斯变换在连续时间信号中的作用。本书将详细介绍Z变换的定义、性质，特别是收敛域（ROC）的概念及其在判断系统稳定性和因果性中的作用。我们会通过大量实例，展示如何利用Z变换分析离散时间信号和系统。 实训环节（第一部分）： MATLAB/Python信号生成与可视化： 学习使用MATLAB或Python等编程语言，生成各种基本信号（正弦波、方波、锯齿波、脉冲信号等），并对其进行可视化展示。 信号运算的编程实现： 编写程序实现信号的时移、翻转、尺度变换和卷积运算，通过实际运行代码，直观感受这些运算对信号形态的影响。 傅里叶变换与频谱分析： 利用编程工具对不同信号进行傅里叶变换，分析其频谱特性，理解不同频率分量在信号中所占的比重，并学会识别信号的主要频率成分。 拉普拉斯变换与Z变换的求解与应用： 学习使用编程工具进行拉普拉斯变换和Z变换的计算，并将其应用于求解简单的微分方程和差分方程。 第二部分：系统的分析与设计 在理解了信号的本质和表示方法后，本书将进入“系统”的核心内容。系统是能够对输入信号进行处理并产生输出信号的实体。 系统的基本概念与分类： 介绍系统的定义，以及线性系统、时不变系统、因果系统、稳定系统等关键特性。我们将深入探讨这些特性的数学判据，以及它们在实际系统设计中的重要意义。 LTI系统（线性时不变系统）： 这是信号与系统理论中最重要的一类系统。本书将详细讲解LTI系统的冲激响应（h(t)或h[n]）的概念，以及它在描述LTI系统动态行为中的核心作用。我们将证明，LTI系统的输出完全由其输入信号和冲激响应通过卷积运算决定。 连续时间LTI系统的时域分析： 重点讲解利用卷积积分来分析连续时间LTI系统的输出。我们将通过图示和数值计算，帮助读者理解卷积积分的过程，并学会如何计算不同输入信号通过特定LTI系统后的输出。 离散时间LTI系统的时域分析： 对应地，本书将深入讲解利用卷积和（summation）来分析离散时间LTI系统的输出。我们将通过实例，展示如何计算离散信号通过离散LTI系统后的输出。 LTI系统的频域分析： 介绍如何利用傅里叶变换和Z变换对LTI系统进行频域分析。我们将深入探讨系统的频率响应（H(jω)或H(z)）的概念，以及它如何反映系统对不同频率信号的放大或衰减作用。我们会分析如何从频率响应中判断系统的特性，例如带宽、滤波特性等。 系统稳定性分析： 详细讲解系统稳定性的概念，特别是对于LTI系统，我们将介绍BIBO（有界输入，有界输出）稳定性判据，以及如何利用冲激响应或系统函数来判断系统的稳定性。 系统函数（传递函数）： 介绍系统函数（H(s) for continuous-time, H(z) for discrete-time）的概念，它是拉普拉斯变换或Z变换下系统的数学模型。我们将重点讲解如何利用系统函数分析系统的极点和零点，以及它们对系统响应的影响，例如系统阶跃响应的收敛速度、振荡特性等。 状态空间分析方法： 作为一种更通用的系统描述和分析方法，本书将介绍状态空间模型，它能够更全面地描述系统的动态行为，尤其适用于多输入多输出（MIMO）系统。我们将讲解状态方程和输出方程，以及如何利用矩阵运算进行系统的时域和频域分析。 实训环节（第二部分）： 系统框图的搭建与仿真： 利用MATLAB/Simulink或Python库，搭建各种LTI系统的框图模型（例如RC滤波器、RLC电路、PID控制器等），并对其进行仿真。 冲激响应与单位阶跃响应的计算与分析： 编程计算并分析LTI系统的冲激响应和单位阶跃响应，观察不同系统参数对响应特性的影响。 频率响应的计算与可视化： 计算并绘制系统的频率响应曲线（幅频特性和相频特性），分析系统的滤波效果和通带、阻带等关键参数。 稳定性判据的编程验证： 编写程序实现稳定性判据的判断，例如分析系统函数极点的位置。 状态空间模型的构建与仿真： 学习使用编程工具构建系统的状态空间模型，并进行仿真分析。 第三部分：经典应用案例与进阶主题 本书的最后一部分，将结合前两部分的理论与实训，探讨信号与系统在不同领域的经典应用，并简要介绍一些进阶主题。 滤波器的设计与分析： 详细介绍各种滤波器（低通、高通、带通、带阻）的设计原理和实现方法，包括模拟滤波器和数字滤波器。我们将展示如何根据系统性能要求设计滤波器，并对其进行仿真验证。 通信系统中的信号传输： 讲解信号的调制与解调技术，例如幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相移键控（PSK）、正交频分复用（OFDM）等，并分析信道对信号的影响。 采样理论与数字信号处理（DSP）基础： 深入讲解奈奎斯特采样定理，以及如何对连续时间信号进行采样以得到离散时间信号。介绍抽样和保持过程，以及数字信号处理的基本流程。 反馈控制系统分析： 阐述反馈控制系统的基本原理，包括开环系统和闭环系统的区别，以及闭环反馈如何提高系统的稳定性和鲁棒性。 傅里叶变换在图像处理中的应用： 简要介绍傅里叶变换如何应用于图像的频率域分析、图像增强和图像压缩等。 随机信号与噪声： 引入随机信号的概念，以及系统如何处理带有噪声的信号。 实训环节（第三部分）： 滤波器设计与仿真： 利用MATLAB/Python等工具设计不同类型的滤波器，并对其进行仿真，测试其滤波效果。 简单的通信系统仿真： 搭建一个简单的调制解调系统模型，仿真信号在不同信道下的传输效果。 采样与重建的演示： 通过编程演示采样定理，并展示采样信号的重建过程。 反馈控制系统仿真： 搭建一个简单的闭环控制系统模型，观察反馈控制对系统性能的改善。 本书的特色： 体系结构清晰： 从信号到系统，从理论到实践，层层递进，逻辑严谨。 理论讲解深入浅出： 避免过于晦涩的数学推导，注重概念的直观理解，并辅以大量例题。 实训环节丰富多样： 结合主流编程工具，提供可操作的代码示例和实训项目，帮助读者动手实践。 强调工程应用： 关注理论知识在实际工程问题中的应用，培养读者的工程思维。 语言生动易懂： 力求用清晰、流畅的语言进行表达，降低学习难度。 通过《信号与系统：理论与实训》，我们希望读者不仅能够扎实掌握信号与系统的基本理论知识，更重要的是能够将这些知识融会贯通，应用于解决实际工程问题，为未来的学习和职业发展打下坚实的基础。我们相信，这本书将成为您在信号与系统领域探索之旅中不可或缺的伴侣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名就足够吸引人，当翻开它时，我立即被作者的文笔和逻辑所折服。那些原本以为只存在于实验室和教科书里的抽象概念，在这里被赋予了鲜活的生命。例如，在解释采样定理时，作者并没有直接给出奈奎斯特速率的公式，而是先用一个生动的比喻，说明了如果采样频率不够高，就像拍照时快门速度太慢，会导致运动物体模糊不清，无法准确还原其运动轨迹。这种将抽象概念具象化的处理方式，让我瞬间理解了采样定理的核心意义，以及为什么它对于数字信号处理如此重要。 我特别欣赏书中对系统模型的部分的阐述。作者详细介绍了线性时不变系统（LTI系统）的特点，并用了一些生活中的例子来解释，比如一个弹簧系统，它的响应（弹簧的振动）与你施加的力（输入信号）之间存在着线性的关系，并且即使你改变施加力的时间点，系统的响应方式也不会改变。这种类比让我对LTI系统的理解更加深刻，也为后续学习更复杂的系统打下了坚实的基础。而且，书中还提供了如何用微分方程来描述这些系统的具体方法，并给出了一些求解的示例，让我感觉自己真的在学习如何“描绘”和“预测”系统的行为。 在关于频率域分析的部分，作者的讲解更是让我茅塞顿开。他没有直接跳到拉普拉斯变换和傅里叶变换的复杂推导，而是先从一个简单的正弦波信号出发，解释了信号的频率成分是如何被分解的。然后，他用一个非常形象的比喻，将傅里叶变换比作一个“光谱仪”，能够揭示隐藏在复杂信号背后的各种频率“光线”。这种由浅入深、层层递进的讲解方式，让原本晦涩的频率域概念变得易于理解和接受。 我非常赞同书中关于“信号的表示”这一章节的处理。作者不仅仅局限于单一的表示方法，而是从时域、频域、复指数域等多个角度来阐述同一个信号，并详细解释了不同表示方法之间的转换关系。这让我意识到，同一个信号可以从不同的维度去观察和理解，而每一种表示方法都有其独特的优势。比如，在描述一个信号的瞬时变化时，时域表示更直观；而在分析信号的长期行为或稳定特性时，频域或复指数域表示则更为有力。 这本书最让我感到惊喜的是，它并没有将理论和实践完全割裂开来。在讲解完一些核心理论之后，书中都会紧跟着给出相关的“实训”环节，这些实训内容紧密结合了理论知识，并且提供了清晰的操作指南。我尝试了书中关于滤波器设计的实训，通过简单的代码实现了不同类型的滤波器，并且能够直观地看到信号在经过滤波器后发生的改变。这种理论与实践相结合的学习方式，极大地提升了我的学习兴趣和效率。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容简直把我带到了一个全新的世界，原本以为只是枯燥的理论，没想到作者用如此生动形象的方式将复杂的概念一一剖析。开篇就以我们生活中常见的通信信号作为引子，让我立刻产生了共鸣。比如，介绍傅里叶变换时，作者并不是直接扔出公式，而是先从声音的构成讲起，解释了为什么我们能分辨出不同的乐器声，背后的原理竟然和傅里叶变换息息相关。接着，又用光波的叠加解释了干涉现象，这些贴近生活的例子，让我豁然开朗。 我最喜欢的是关于卷积的那一部分。之前接触过这个概念，但总觉得有些抽象，这本书里通过一个“拖把清理房间”的比喻，简直是神来之笔。想象一下，你的拖把（输入信号）每扫过一个房间区域（时间或空间），都会在那个区域留下痕迹（系统响应），而最终房间被清理干净的状态（输出信号）就是所有这些痕迹的叠加。这个形象的比喻让我立刻理解了卷积的核心思想，也让我对系统如何响应输入信号有了更直观的认识。而且，书中还穿插了一些小练习，让我立刻动手实践，巩固刚学到的知识，感觉就像是在玩一个解谜游戏，而不是枯燥的学习。 这本书的可贵之处在于，它不仅教你“是什么”，更告诉你“为什么”。在讲解滤波器设计时，作者并没有止步于介绍各种滤波器类型，而是深入探讨了不同滤波器在实际应用中的优劣势，以及它们是如何在噪声和信号之间做出权衡的。比如，为什么在音频处理中要用低通滤波器来去除高频噪声，而为什么要用带通滤波器来提取特定频段的语音信号。这些解释让我对信号处理有了更深层次的理解，也让我意识到，选择合适的滤波器并不是随意的，而是需要根据具体的应用场景和目标来决定的。 这本书让我印象深刻的是它的“实训”部分，感觉真的像是为我量身定制的实践指导。作者提供了一系列精心设计的实验案例，从搭建一个简单的RC滤波器电路，到实现一个基本的数字信号通信系统，都指导得非常详细。我尤其喜欢那个关于AM调制的实验，通过书中提供的代码和步骤，我竟然真的在电脑上模拟出了一个可以传输声音的AM调制信号。那种从理论到实践的成就感，是任何纯理论书籍都无法给予的。感觉自己就像一个初出茅庐的工程师，正在一步步掌握核心技术。 对于我这样对信号与系统这个领域充满好奇但又有些畏惧的读者来说，这本书无疑是一座灯塔。作者的讲解逻辑清晰，循序渐进，即使是第一次接触这个领域的读者，也能轻松跟上。更重要的是，书中并没有回避那些可能让人头疼的数学公式，而是巧妙地将它们融入到具体的概念讲解中，让公式不再是冰冷的符号，而是解决问题的有力工具。每学完一个章节，都会有一种“原来如此”的豁然开朗感，这种学习体验实在是太棒了，让我在攻克难关的同时，也培养了继续深入学习的信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就透露着一股严谨而又充满活力的气息，翻开目录，发现内容安排得非常合理，将理论知识和实际应用巧妙地结合在一起。作者在讲解“信号”的定义时，并没有局限于狭义的电信号，而是从更广阔的视角出发，将声音、图像、甚至股票价格波动都纳入信号的范畴，这让我立刻意识到信号与系统理论的普适性。 我印象最深刻的是关于“系统响应”的章节。作者用了一个非常巧妙的比喻，将系统比作一个“黑箱”，你输入一些东西进去（输入信号），它经过内部的一系列“加工”（系统），最终会输出一些东西来（输出信号）。然后，他详细分析了“瞬态响应”和“稳态响应”，并用一个“按下电灯开关”的例子来解释：刚按下开关时，灯泡会有一个闪烁的过程（瞬态响应），然后才会稳定地发光（稳态响应）。这种生动形象的解释，让我一下子就理解了系统响应的含义。 在讲解“频域分析”时，作者引入了“频谱”的概念，并用“五线谱”来类比。他解释说，就像音乐是由不同频率的音符组成一样，一个信号也可以分解成不同频率的“成分”，而频谱就是展示这些成分的“乐谱”。这种类比让我对傅里叶变换和拉普拉斯变换等工具有了更直观的认识，也让我理解了为什么我们需要从频域去分析信号。 书中关于“滤波器”的部分，也是我非常喜欢的内容。作者详细介绍了低通、高通、带通、带阻等不同类型的滤波器，并用通俗易懂的语言解释了它们各自的作用。而且，他并没有止步于理论介绍，还给出了一些实际的应用案例，比如在音频处理中如何使用滤波器来去除噪声，在图像处理中如何使用滤波器来增强细节。这让我看到了理论知识在实际工程中的巨大价值。 我特别欣赏书中在“信号与系统”理论之后，紧接着安排了“实训”部分。这些实训项目设计得非常贴合理论内容，并且提供了详细的步骤和代码示例。我尝试了书中关于“模拟滤波器设计”的实训，通过自己动手搭建一个简单的RC滤波器，并用示波器观察其频率响应，这种将理论知识转化为实际操作的过程，让我对信号与系统有了更深入的理解，也增强了我解决实际问题的信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书，说实话，当初拿到的时候，我以为会是一本厚重的、充满公式的“硬菜”，但没想到读起来居然如此“接地气”。作者在讲解基本概念时，总能找到生活中最贴切的例子，让我一下子就能抓住重点。比如，在介绍“系统”这个概念时，他没有用生硬的定义，而是用了一个“咖啡机”来打比喻：你往咖啡机里放入咖啡豆和水（输入信号），咖啡机经过一系列的“处理”（系统），最后你就得到了一杯香浓的咖啡（输出信号）。这个简单的比喻，瞬间就把“输入”、“系统”、“输出”这些核心要素清晰地呈现出来。 我尤其喜欢书中关于“线性”和“时不变”这两个系统特性的阐述。作者用了很多生动的场景来解释，比如，如果一个系统是线性的，那么输入信号翻倍，输出信号也翻倍；如果一个系统是时不变的，那么无论你什么时候给它相同的输入，它都会给出相同的输出。这让我一下子就明白了这两个看似抽象的特性，在实际系统中是如何体现的。而且，书中还强调了为什么这两个特性如此重要，它们是如何简化我们对复杂系统的分析的，让我更加认识到理论的重要性。 书中关于“频率响应”的讲解，也是我一直以来都觉得比较头疼的部分，但作者用一种非常直观的方式解决了这个问题。他没有直接抛出复杂的数学公式，而是先从一个简单的信号发生器入手，然后通过改变信号发生器的频率，来观察系统对不同频率信号的反应。这种“亲手实验”式的讲解，让我对频率响应有了更深刻的理解，也让我看到了信号在不同频率下被系统“对待”的方式是不同的。 我非常佩服作者在处理“卷积”这个概念时的创意。他没有采用传统的数学推导，而是用一个非常形象的“涂鸦”过程来解释。想象一下，你用一个“画笔”（系统响应）在一个“画布”（输入信号）上涂鸦，当画笔从左向右移动时，它会把画布上的颜色“混合”起来，最终形成的图像（输出信号）就是所有混合的结果。这个比喻虽然简单，却把卷积的核心思想——两个函数的叠加与翻转——解释得淋漓尽致，让我一下子就记住了。 这本书还有一个独特的优点，就是它在讲解完理论知识后，都会引导你去思考实际应用。比如，在讲完滤波器之后，作者会让你思考，在现实生活中，哪些地方会用到这些滤波器，它们又是如何工作的。这种引导性的提问，让我不再是被动地接受知识，而是主动地去探索和思考，极大地激发了我对这个领域的研究兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名就充满了学术的味道，但读起来却一点也不枯燥。作者用一种非常独特的方式，将抽象的理论知识与我们日常生活中遇到的各种现象巧妙地联系起来。在讲解“信号”的定义时，他并没有给出一个冰冷的数学公式，而是从“信息传递”的角度来阐释，这让我立刻意识到信号的重要性，以及它在现代社会中的地位。 我特别欣赏书中关于“系统”的描述，作者将其比作一个“变换器”，它能够接收输入信号，经过一系列的“处理”后，输出一个改变后的信号。他详细解释了“线性”和“时不变”这两个系统的重要特性，并用很多具体的例子来说明。比如，在一个线性系统中，如果你把输入信号放大两倍，输出信号也会相应地放大两倍。而在一个时不变系统中，无论你什么时候输入相同的信号，系统都会给出相同的响应。这种贴近生活的比喻，让我能够轻松地理解这些看似抽象的概念。 书中对“频率域分析”的讲解，是我读过的所有资料中最清晰的。作者用“棱镜”来比喻傅里叶变换，就像棱镜可以将白光分解成不同颜色的光谱一样，傅里叶变换可以将复杂的信号分解成不同频率的正弦波成分。这种生动的类比，让我一下子就明白了为什么我们需要在频域上去分析信号，以及频域分析能够为我们揭示哪些信息。 我非常喜欢书中关于“卷积”部分的讲解。作者用了一个非常形象的“橡皮擦”的比喻，来解释卷积是如何工作的。想象一下，你有一个“输入信号”的“底片”，然后你用一个“橡皮擦”（系统响应）在底片上擦拭，每一次擦拭都会留下不同的印记，最终形成的“图像”（输出信号）就是所有印记的叠加。这个比喻让我对卷积的理解上升到了一个新的高度，也让我看到了它在信号处理中的核心作用。 最让我惊喜的是，这本书不仅仅停留在理论层面，它还提供了丰富的“实训”内容。这些实训项目就像是为我量身定制的实践指导，涵盖了从基础的信号生成到复杂的系统实现。我尝试了书中关于“FIR滤波器设计”的实训，通过自己编写代码，实现了几个不同系数的FIR滤波器，并且能够直观地观察到信号在经过不同滤波器后的变化。这种理论与实践相结合的学习方式，让我受益匪浅。